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在斜坡上

【问题】

斜坡上放着一个装有水的容器(图18)。当容器静止时,水面AB当然是水平的,但是如果容器开始沿润滑效果非常好的斜坡CD下滑,容器中的水面在滑动时是否仍保持水平?

图18 装着水的容器沿着斜坡滑行,水面会发生什么变化

【解答】

实验表明,该容器在没有摩擦的斜面上向下移动时,容器内的水面保持与斜面平行,我们现在来解释一下为什么:

可想而知,每个点的力(图19)P都能分解为两个分力:Q与R。在力R的作用下水与容器一起沿着斜面CD向下移动,这时,水的每个重量点作用于容器壁的压力都与容器静止时保持相同(因为二者具有相同的运动速度),而在力Q的作用下,水的每一个重量点却同时压向了容器的底部,所以,力Q作用于水的力与液体重量点受到重力的作用相同,这样,水平面与力Q保持垂直,即平行于斜面较长的边。

图19 图18的答案示意图

那么,如果装水容器沿斜面匀速下滑(比如由于摩擦作用),它里面的水面又会如何呢?

不难看出,这种容器的水平面应该不会偏离,而应该是水平的。这是因为,匀速运动对力学现象没有任何影响,容器保持相对静止时的状态不变。(经典相对论原理)。

但我们能否用这个早期的理论来解释这样的现象呢?回答是肯定的。当容器沿着斜面匀速下滑时,容器壁上的每个质点都没有获得任何加速度,而在力R的作用下,容器中水的每个质点都以力R向容器的前壁压去。所以,水的每个质点都受到力R和Q的合力P作用,即每个质点受到重量P向垂直方向的作用,上面这个现象,就是水面为什么会保持水平状态的原因,即容器的下滑开始的瞬间,容器本身在加速,无法达到匀速运动,所以水面会在极短的瞬间发生倾斜[应该记住,物体在从静止转向匀速运动过程中,必须经历一个时间非常短的加速运动的过程,不能立刻就达到匀速运动。]。 Sfh9lkHl51BFvVzzEIERxenoYoiotznRRssTyDMVD7VxJKvgh5qC895UK0Ybp6lb

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